DE10112114C2 - Steuereinrichtung für eine Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Beleuchtungseinrichtung mit variabler Helligkeit und ein Verfahren zur Beleuchtungssteuerung.

Betriebsgeräte für Leuchtmittel werden häufig so ge­ staltet, dass die Helligkeit des Leuchtmittels einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt dabei in der Regel anhand eines Vorgabesignals, das von einer externen Quelle kommend dem Betriebsgerät zugeleitet wird oder in dem Betriebsgerät selbst erzeugt wird. Das Vorgabesignal gibt die Lampenhel­ ligkeit vor. Ist das Vorgabesignal ein Digitalsignal kann es nur diskrete Werte annehmen. Zwischen diesen diskreten Wer­ ten liegende Zwischenwerte sind unerreichbar. Beim Einstellen der Lampenhelligkeit werden Helligkeitssprünge in der Regel aber nicht gewünscht.

Ein quasi kontinuierlicher Helligkeitsverlauf in Abhän­ gigkeit vom Steuersignal ergibt sich, wenn mit sehr hohen Auflösungen gearbeitet wird. Dies bedeutet, dass die Daten­ worte zur Beschreibung des Vorgabewerts relativ groß sind. Beispielsweise lassen sich mit einem 8-Bit-Wort lediglich 256 Stufen definieren. Diese gestatten keinen sprungfreien Helligkeitseindruck. Dies insbesondere dann nicht, wenn zur Berücksichtigung der Empfindlichkeit des menschlichen Auges ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem die Helligkeit vorgebenden Datenwort und der Lampenhelligkeit gewünscht wird. Der Übergang zu einem 16-Bit-Wort würde Abhilfe schaf­ fen, stößt jedoch auf technische Grenzen.

Aus der DE 30 17 414 A1 sind Maßnahmen bekannt, wie bei einem Audio-Leistungsverstärker mit D-Gegentakt-Endstufe sehr hohe Taktfrequenzen vermeidbar sind. Dazu wird die Gegentakt-D-Endstufe nicht nur mit einem pulsweiten modu­ lierten Signal beaufschlagt sondern es wird zusätzlich die Größe des Ansteuersignals beeinflusst.

Damit lässt sich eine Taktfrequenz erheblich herabset­ zen. Allerdings ist dazu ein beachtlicher Hardwareaufwand erforderlich.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung für eine Beleuchtungseinrichtung mit va­ riabler Helligkeit zu schaffen, die mit geringem Hardware­ aufwand auskommt und einen kontinuierlichen Helligkeitsein­ druck bei Änderung der Lampenhelligkeit gestattet.

Diese Aufgabe wird sowohl mit der Steuereinrichtung nach Anspruch 1 als auch mit dem Verfahren nach Anspruch 20 gelöst.

Gemäß der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lampenhelligkeit durch ein Helligkeitssteuersignal gesteuert, das von einem digita­ len Vorgabesignal abhängt. Während das Vorgabesignal ein Digitalsignal ist, ist das Helligkeitssteuersignal ein Ana­ logsignal. Dadurch ist eine Stufung des analogen Hellig­ keitssteuersignals vorgegeben. Die Stufung ist durch die Auflösung des digitalen Vorgabesignals bestimmt. Die Auflö­ sung hängt von der Wortbreite des digitalen Vorgabesignals ab. Erfindungsgemäß ist nun die Auflösung über den Werte­ bereich des Helligkeitssteuersignals nicht konstant, sondern zumindest zwischen zwei unterschiedlichen Werten umschalt­ bar. Dazu dient ein zusätzliches Auflösungssteuersignal, mit dem die Stufung von einer Feinstufung auf eine Grobstufung umschaltbar ist und umgekehrt. Es ist darüber hinaus mög­ lich, mehrere Auflösungsstufen festzulegen und entsprechend mehrere Auflösungssteuersignale zu nutzen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Hellig­ keitssteuerung mit einem Vorgabesignal, das durch ein z. B lediglich 8 Bit umfassendes Wort gebildet ist. Wenn bei niedrigen Lampenhelligkeiten eine Stufung des Helligkeits­ steuersignals vorgesehen wird, die feiner ist als bei hohen Lampenhelligkeiten, kann über den gesamten Wertebereich des Helligkeitssteuersignals ein kontinuierlicher Helligkeits­ eindruck erreicht werden. Dies ohne dass die Wortbreite ver­ größert werden müsste. Beispielsweise sind Leistungsänderun­ gen einer Lampe (z. B. einer Leuchtstofflampe) um einige Pro­ zent in der Nähe der Maximalleistung vom Auge kaum festzustellen. Bei stark gedimmtem Betrieb an der unteren Hellig­ keitsgrenze, treten jedoch schon Prozentbruchteile als stu­ fenartige Helligkeitsänderung in Erscheinung. Die Erfindung schafft hier Abhilfe, indem zumindest zwei Bereiche mit un­ terschiedlichen Auflösungen festgelegt werden. Bedarfsweise können auch mehrere Betriebsbereiche mit unterschiedlichen Auflösungen oder eine gleitende Auflösungsanpassung festge­ legt werden, bei der die Auflösung der Lampenhelligkeit pro­ portional ist.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung basiert auf ei­ nem Mikrocontroller, der ein Vorgabesignal für die Lampen­ helligkeit erhält oder erzeugt. Anhand des Vorgabesignals erzeugt der Mikrocontroller zunächst ein Pulsweiten modu­ liertes Zwischensignal. Dies ist mit einer einfachen Timer­ schaltung möglich, die beispielsweise durch einen Zähler gebildet wird, der in dem Mikrocontroller ohnehin vorhanden ist. Der Zähler (Timer) erhält das Vorgabesignal oder ein aus dem Vorgabesignal erzeugtes Eingangssignal als Startwert und zählt, ausgehend von diesem Startwert, auf Null. Solange der Zählvorgang dauert, weist ein entsprechender Ausgang einen ersten Pegel auf, der umschaltet, sobald der Zählvor­ gang beendet ist und erst dann wieder zurück schaltet, wenn der Zählvorgang erneut gestartet wird. Auf diese Weise ent­ steht ein pulsweitenmoduliertes Zwischensignal. Die Erzeu­ gung dieses pulsweitenmodulierten Zwischensignals kann von den im Mikrocontroller standardmäßig vorhandenen Komponenten ohne zusätzlichen Hardwareaufwand vorgenommen werden.

Das Zwischensignal ist ein alternierendes Signal, das zwischen zwei Signalpegeln hin- und herschaltet. Das Impuls- Pause-Verhältnis entspricht dem Vorgabesignal und ist somit entsprechend der Auflösung des Vorgabesignal (z. B. 8 Bit) in Stufen (z. B. 256) festlegbar und somit zwangsläufig geras­ tert.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung erzeugt nun zu­ sätzlich das Auflösungssteuersignal, das einer Pegelbeein­ flussungsschaltung zugeleitet wird. Das Auflösungssteuersig­ nal beeinflusst nun zusätzlich die Amplitude des von der Pegelbeeinflussungsschaltung weitergegebenen Ausgangssig­ nals, das ansonsten dem Zwischensignal entspricht. Durch die zusätzliche Einflussnahme auf die Amplitude des pulsweiten­ modulierten Ausgangssignals kann die Auflösung in bestimmten Bereichen des Helligkeitsverlaufs verfeinert werden. Die Verfeinerung wird insbesondere bei Helligkeitsbereichen an­ gewendet, in denen das Auge empfindlich auf Helligkeitsände­ rungen reagiert, d. h. bei niedrigen Lampenhelligkeiten. Auf diese Weise wird in diesem besonders sensiblen Helligkeits­ bereich ein subjektiv glatter Kennlinienverlauf (Zusammen­ hang zwischen Vorgabesignal und Lampenhelligkeit) erreicht.

Das Vorgabesignal ist ein Signal das eine vorbestimmte Anzahl diskreter Werte, nicht aber Zwischenwerte, einnehmen kann. Dies kann ein gestuftes Analogsignal sein. In der be­ vorzugten Ausführungsform ist es jedoch ein Digitalsignal in Form eines 8-Bit-Worts. Dieses kann von einem handelsübli­ chen und wirtschaftlich einsetzbaren Mikrocontroller ohne Beeinträchtigung der sonstigen Funktion als Vorgabewert für einen Timer verarbeitet werden, der dann ein pulsweitenmodu­ liertes Zwischensignal mit der gewünschten oder erforderli­ chen Ausgangsfrequenz von z. B. mehr als 50 Hz erzeugt. Dies ermöglicht die Integration des pulsweitenmodulierten Aus­ gangssignals zur Erzeugung eines Analogsignal mit einem Tiefpass, der eine geringe Zeitkonstante aufweist. Dies kommt der Reaktionsgeschwindigkeit der Steuereinrichtung bei schnellen und starken Helligkeitsänderungen entgegen. Die Steuereinrichtung reagiert praktisch unverzögert.

Das Zwischensignal ist ein pulsweitenmoduliertes Sig­ nal. Prinzipiell ist es möglich, dies sowohl mit einer fes­ ten Frequenz als auch mit variabler Frequenz zu erzeugen. Es wird bevorzugt, es mit fester Frequenz zu erzeugen. Dies bedeutet, dass der den Timer bildenden Zähler beispielsweise in einem festen Zeitraster mit einem Anfangswert gestartet wird, der durch das Vorgabesignal oder das Steuersignal be­ stimmt ist.

Die Pegelbeeinflussungsschaltung weist für das Auflö­ sungssteuersignal vorzugsweise einen Digitaleingang auf, mit dem die Auflösung umgeschaltet werden kann. Dies gestattet die direkte Anbindung der Pegelbeeinflussungsschaltung an einen Digitalausgang, d. h. ein Port des Mikrocontrollers. Sind nur zwei Auflösungsstufen gefordert (feine Auflösung und grobe Auflösung) genügt ein Port. Sind mehrere Auflö­ sungsstufen gefordert (fein, mittelfein, mittelgrob, grob) können zwei oder mehr Ports benutzt werden. Die Pegelbeein­ flussungsschaltung kann im weitesten Sinne als Multiplizier­ schaltung ausgebildet sein, die das Zwischensignal mit einem Wert multipliziert, der von dem Auflösungssteuersignal be­ einflusst wird.

Wesentlich ist bei diesem Schaltungskonzept, dass das Auflösungssteuersignal seinen Wert nur ändern muss, wenn eine Bereichsgrenze zwischen feiner Auflösung und einer we­ niger feinen Auflösung überschritten wird. Ansonsten bleibt das Signal statisch konstant. Für die eigentliche Signal­ erzeugung genügt ein 8-Bit-Wort, das mit der Frequenz des Zwischensignals verarbeitet wird.

Die Multiplizierschaltung kann im einfachsten Fall durch ein Widerstandsnetzwerk mit einem gesteuerten Schalter gebildet sein, das je nach Wert des Auflösungssteuersignals das Zwischensignal mit einem ersten oder mit einem zweiten Pegel weiterleitet, d. h. mit einem ersten oder mit einem zweiten Faktor multipliziert.

Die Steuereinrichtung kann bedarfsweise einen Kennli­ nienblock enthalten, der das Vorgabesignal nach einem nicht­ linearen Zusammenhang in ein Steuersignal zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten Zwischensignals umsetzt. Die nicht­ lineare Kennlinie ist vorzugsweise eine exponentielle Kenn­ linie, die die logarithmische Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges kompensieren soll. Der Kennlinienblock kann von dem Mikrocontroller durch einen entsprechen Pro­ grammabschnitt oder eine Tabelle gebildet sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Steuereinrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Offsetsignals. Dies dient dazu, das Analogsignal, das durch Integration des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals erzeugt wird, bei Umschalten von einem Auflösungswert auf einen anderen unverändert zu lassen. Das Offsetsignal kann sowohl zu dem Vorgabesignal als auch zu dem Steuersignal als auch zu dem Analogsignal addiert werden. In allen Fällen wird ein stufenloser Anschluss des fein aufgelösten Kenn­ linienteils an den weniger fein aufgelösten Kennlinienteil erreicht, wenn der Offsetwert passend gewählt ist.

Die Steuereinrichtung kann Teil eines Betriebsgeräts für eine Lampe sein. Beispielsweise kann sie Teil eines Vor­ schaltgeräts für eine Leuchtstofflampe oder auch für eine andere Gasentladungslampe sein.

Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbei­ spiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung, die Teil eines Vorschaltgeräts zum Betrieb einer Gasentla­ dungslampe ist als Blockschaltbild,

Fig. 2 eine Kennlinie für den Zusammenhang zwischen einem Vorgabewert und einer Lampenhelligkeit als Dia­ gramm,

Fig. 3 die Auflösung des Vorgabewerts und des Signalwerts zur Vorgabe der Lampenhelligkeit jeweils als Dia­ gramm,

Fig. 4 den Zusammenhang zwischen dem Vorgabewert und der Lampenhelligkeit bei der erfindungsgemäßen Steuer­ einrichtung als Diagramm,

Fig. 5 die erfindungsgemäße Steuereinrichtung als Block­ schaltbild,

Fig. 6 ein Flussbild zur Veranschaulichung des Betriebs der Steuereinrichtung,

Fig. 7-11 erfindungsgemäße Steuereinrichtungen in unter­ schiedlichen Ausführungsformen jeweils als Block­ schaltbild.

In Fig. 1 ist ein Vorschaltgerät 1 zum Betrieb einer Gasentladungslampe 2 schematisch insoweit veranschaulicht, als es zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung ankommt. Das Vorschaltgerät 1 enthält ein über eine Leitung 3 mit elektrischer Leistung versorgten Schaltungsblock 4, an den die Gasentladungslampe 2 mit ihren Zuleitungen 5, 6 ange­ schlossen ist und mit Betriebsleistung versorgt wird. Der Schaltungsblock 4 weist einen Steuereingang 7 auf. Ein an diesem Steuereingang 8 anstehendes Analogsignal gibt die Betriebsleistung der Gasentladungslampe 2 und somit deren Helligkeit vor. Das Analogsignal ist z. B. ein Spannungssig­ nal zwischen 0 und 12 Volt. Der Schaltungsblock 4 ist so beschaffen, dass die Betriebsleistung der Gasentladungslampe 2 unmittelbar der Spannung an dem Steuereingang 7 ent­ spricht, d. h. direkt proportional zu dieser ist. Bei alter­ nativen Ausführungsformen ist hier eine nichtlineare jedoch präzise vorgegebene Kennlinienbeziehung definiert.

Dem Steuereingang 7 ist eine Steuereinrichtung 8 vor­ geschaltet, zu der eine Vorgabeschaltung 9 und eine Pegel­ beeinflussungsschaltung 11 gehören. Die Vorgabeschaltung 9 ist eine Digitalschaltung und wird beispielsweise durch ei­ nen Mikrocontroller realisiert. Die Steuereinrichtung 8 er­ zeugt an ihrem Ausgang 12 ein Ausgangssignal A, das an den Steuereingang 7 des Schaltungsblocks 4 geleitet wird. Das Ausgangssignal A ist ein Analogsignal.

Die Steuereinrichtung 8 weist außerdem einen Eingang 14 auf, an dem sie ein Vorgabesignal E erhält. Ersatzweise kann vorgesehen werden, dass die Steuereinrichtung 8 durch ge­ eignete Schaltungsblöcke das Vorgabesignal E erzeugt oder dass dieses von anderen zu dem Vorschaltgerät 1 gehörigen Komponenten erzeugt und bereit gestellt sowie dann zu dem Eingang 14 geleitet wird. Das Vorgabesignal E dient dazu, die elektrischen Leistung PE der Gasentladungslampe 2 und somit deren Helligkeit vorzugeben.

Die Vorgabeschaltung 9, an der der Eingang 14 ausge­ bildet ist, weist einen Signalausgang 15 an dem ein Zwi­ schensignal Z ansteht und einen Steuerausgang 16 auf, an dem ein Auflösungssignal F ansteht. Beide Signale (Z, F) werden der Pegelbeeinflussungsschaltung 11 zugeleitet, die dazu einen Signaleingang 17 und einen Auflösungssteuereingang 18 aufweist.

Die Vorgabeschaltung 9 dient dazu, an ihrem Signalaus­ gang 15 ein pulsweitenmoduliertes Zwischensignal Z auszu­ geben, dessen Puls-Pausen-Verhältnis dem Vorgabesignal E entspricht, oder über eine vorgegebene Kennlinie mit diesem verknüpft ist. Zusätzlich gibt sie an dem Steuerausgang das Auflösungssignal F aus, das ein Schaltsignal sein kann und dazu dient, den Wertebereich festzulegen, der durch Integra­ tion des Zwischensignals Z erreichbar ist. Mit Festlegung (Skalierung) des Wertebereichs wird zugleich die Auflösung beeinflusst.

Die Vorgabeschaltung 9 erhält an ihrem Eingang 14 bei­ spielsweise ein 8-Bit-Wort als Vorgabesignal E. Die Weiter­ verarbeitung geschieht mittels der Hardware der Vorga­ beschaltung 9 durch ein Programm. Das Vorgabesignal E (8- Bit-Wort) wird zunächst in einem Vergleicherblock 19 darauf untersucht, ob es einen Grenzwert überschreitet. Falls ja, gibt er an dem Ausgang 16 das Auflösungssteuersignal ab. Es ist 0 für alle Werte des Vorgabesignals E, die kleiner als der Grenzwert sind, und 1 für alle übrigen Werte. Ist das Vorgabesignal 0 setzt die Pegelbeeinflussungsschaltung II den Pegel des PWM-Signals (Fig. 5) herab. Ist es 1, wird das PWM-Signal ungedämpft weitergegeben. Dies entspricht der Multiplikation von Z mit einem Faktor, der einen ersten Wert hat, wenn F = 0, und einen zweiten Wert, wenn F = 1. Somit wird letztendlich die in Fig. 2 veranschaulichte Abhängig­ keit zwischen dem Vorgabesignal E, das Werte zwischen 1 und 256 annehmen kann, und einer Lampenhelligkeit L geschaffen.

Das Verhalten ist genauer aus Fig. 3 ersichtlich. Die Werte des Vorgabesignals E sollen linear in eine subjektiv empfundene Lampenhelligkeit LS umgesetzt werden. Dazu ist der Vorgabewert des Vorgabesignals E exponentiell der Lam­ penleistung PE zuzuordnen, die ebenfalls den Wertebereich von 0 bis 255 aufweist. Wie ersichtlich wird die e-Funktion durch zwei Geradenzüge angenähert.

Die Vorgabeschaltung 9 enthält außerdem einen Timer 22, der unmittelbar das Vorgabesignal E als Steuersignal S er­ hält. Der Timer 22 ist als Zähler ausgebildet, der mit vor­ gegebener Frequenz, beispielsweise 100 Hz, jeweils mit dem 8-Bit-Wort des Steuersignals 5 als Voreinstellwert gestartet wird, um auf 0 zurück zu zählen. Das von dem Timer 22 an dem Signalausgang 15 abgegebene Signal ist logisch 1, solange der Zähler zählt und es ist 0 wenn der Zähler seinen Zähl­ wert 0 erreicht hat. Bei nächsten Auslösen springt das Aus­ gangssignal an dem Signalausgang 15 wieder auf 1. Auf diese Weise erzeugt der Timer 22 ein pulsweitenmoduliertes Zwi­ schensignal Z entsprechend dem Steuersignal 5.

Die Pegelbeeinflussungsschaltung 11 legt die Amplitude des Zwischensignals Z gemäß dem Auflösungssignal F fest und integriert dieses mittels eines Tiefpass 23 wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Wie weiter aus Fig. 5 ersichtlich ist, enthält die Vorgabeschaltung 9 zumindest bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung einen Kennlinienblock 21. Dieser ist zwischen dem Timer 22 und einem Offsetblock (19) angeordnet. Der Offsetblock (19) erzeugt einen Offsetwert O, der zu dem von dem Kennlinienblock 21 gelieferten Wert hinzu addiert wird, wenn das Auflösungssignal F die grobere Kennlinien­ auflösung auswählt. Der Offsetwert O dient der Realisierung eines stufenfreien Anschlusses der Geradenabschnitte I und II in Fig. 2 aneinander.

Falls gewünscht, kann das Vorgabesignal noch durch den Kennlinienblock 21 in das Steuersignal umgesetzt werden. Dies um z. B. nichtlineare Kurvenäste für die Helligkeits­ kennlinie zu erhalten, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht sind.

Das insoweit beschriebene Vorschaltgerät 1 arbeitet wie folgt:
In Betrieb wird die Lampe 2 entsprechend der Vorgabe durch das Analogsignal A mit elektrischer Leistung PE ver­ sorgt. Zur Bereitstellung des Analogsignals A zur Leistungs­ steuerung der Lampe 2 erhält die Steuereinrichtung 8 das Vorgabesignal E. Die Vorgabe ist ein 8-Bit-Wort das, wie Fig. 6 im Flussbild veranschaulicht, zwischen 0 und 255 liegt. Im nächsten Schritt wird das Vorgabesignal auf Über- oder Unterschreitung des Grenzwerts untersucht. Das entste­ hende Ergebnis bildet das Auflösungssignal F. Im nächsten Schritt wird dem so erhaltenen verdoppelten Vorgabesignal E' durch den Kennlinienblock 21 gemäß Zuordnung nach Fig. 3 ein Steuersignalwert S zugeordnet. Eingangssignalwerte unter dem Grenzwert erzeugen bei Prüfung des betreffenden 8-Bit- Worts kein Signal F. In diesem Fall wird der Steuersignalwert unmittelbar an den Timer übergeben, der daraufhin eine Zwischensignalfolge mit einem von dem Steuersignal S festge­ legten Tastverhältnis bildet.

Für den Wertebereich von 0 bis Grenzwert wird auf diese Weise, wie Fig. 4 veranschaulicht, als Zwischensignal Z ein Signal erzeugt, das nach Integration in dem Wertebereich zwischen 0 und 100% der verfügbaren Spannung liegen würde. Die Pegelbeeinflussungsschaltung erhält jedoch das Auflösungs-Beeinflussungssignal F mit dem Wert 0 und setzt dementsprechend den Maximalpegel auf einen geringeren Pro­ zentwert X fest. Damit wird der Zählbereich 0 bis 127 des Steuersignals S auf einen Kennlinienabschnitt reduziert, der weniger als die Hälfte des Leistungsbereichs L ausmacht.

Überschreitet das Vorgabesignal E jedoch den Grenzwert, wird bei der Prüfung auf Grenzwertüberschreitung ein Signal erzeugt. Dieses wird an die Pegelbeeinflussungsstufe 11 übergeben, die nun das pulsweitenmodulierte Zwischensignal mit ungedämpftem Pegel an die Integrationsstufe 23 weiter­ gibt. Dem Wert des Steuersignals S wird ein Offset hinzu addiert, um gemäß der Darstellung in Fig. 4 den nunmehr erhaltenen Kurvenast II an den zuvor erhaltenen Kurvenast I glatt anzuschließen. Im einzelnen wird ein negativer Offset­ wert addiert, wodurch die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Gerade nach links verschoben wird, um den Kurvenast II zu erhalten. Auf diese Weise wird ein Kurvenverlauf erzeugt, der im Bereich niedriger Leistungen unterhalb des Offsets X feiner aufgelöst ist, als im übrigen Bereich. Bei der Aus­ führungsform nach Fig. 2 (lineare Kennlinienabschnitte) ist die gestrichelte Kennlinie im Bereich I mit feiner Auflösung mit einem Faktor multipliziert, so dass der resultierende Kennlinienanstieg reduziert ist. In dem Bereich II mit groberer Auflösung ist der Anstieg der Kennlinie unverändert - dafür ist ein Offset addiert (die Konstante B subtrahiert), um stufenfrei an die Kennlinie in dem Bereich I anzuschlie­ ßen. Entsprechendes gilt für die nichtlineare Ausführungs­ form nach Fig. 4 und 5.

Fig. 7 veranschaulicht unter Zugrundelegung der bisher eingeführten Bezugszeichen eine Ausführungsform der Erfin­ dung mit mehreren Auflösungsstufen für das Ausgangssignal A. Der Mikrocontroller bildet die Vorgabeschaltung 9 und gibt an seinem Ausgang ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einer Auflösung von n Bit ab. Zusätzlich können ein oder mehrere Ports zur Änderung der Auflösung heran gezogen werden. Die Pegelbeeinflussungsschaltung 11 wird hier durch einen Ana­ logmultiplikator gebildet, der das pulsweitenmodulierte Zwi­ schensignal Z, je nach dem ob die angeschlossenen Ports P1_1 bis P1_n auf dem Wert 0 oder 1 stehen, entsprechend mit 1 oder einem von 1 verschiedenen Wert multipliziert. Entspre­ chend wird das Zwischensignal Z auf einen mehr oder weniger großen Wertebereich skaliert, so dass die Signalauflösung einstellbar ist.

Zur weiteren Veranschaulichung wird auf Fig. 8 verwie­ sen. Als Analogmultiplizierer dient hier ein Widerstands­ netzwerk mit den ohmschen Widerständen Ra und Rb und dem von dem Port P1_1 gesteuerten Schalter S1. Ist dieser geschlos­ sen, wird das Zwischensignal Z gedämpft an das Integrations­ glied 23 weiter gegeben. Ist der Schalter S1 hingegen offen, wird das Zwischensignal Z ungedämpft an das Integrations­ glied 23 weiter gegeben. Das Integrationsglied wird durch einen Tiefpass, bestehend aus dem Widerstand Ri und dem Kon­ densator Ci gebildet.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist davon ausgegangen worden, dass die Kennlinienäste I, II (Fig. 4) durch den Offsetblock 24 durch entsprechende Kor­ rektur des Steuersignals S mittels des Korrekturwerts (Fig. 2, Fig. 6) glatt aneinander angepasst worden sind. Die Aus­ führungsformen der Steuereinrichtung 8 nach den Fig. 9 und 10 veranschaulichen, dass dies nicht zwingend ist. Wie Fig. 9 veranschaulicht, kann ein Offsetsignal B auch durch einen Analogaddierer 25 zu dem analogen Ausgangssignal A' addiert werden, um das gewünschte Ausgangssignal A zu erzeu­ gen. Die übrige Schaltung der Steuereinrichtung 8 entspricht der nach Fig. 8 bzw. Fig. 5 mit dem Unterschied, dass le­ diglich der Offsetblock 24 entfällt. An Stelle dessen steu­ ert ein Anschluss P1_1 des Ports 1 unmittelbar oder ein An­ schluss P_1 eines anderen Ports (Port 2) einen Schalter S2 eines Widerstandsnetzwerks 26. Dieses gibt die Betriebsspan­ nung über einen Widerstand Ra2 bei offenem Schalter S2 un­ mittelbar an den Analogaddierer 25 weiter. Ist der Schalter S2 geschlossen, wird der Widerstand Rb2 aktiv und teilt die Spannung VCC. Es wird lediglich eine Teilspannung an den Analogaddierer 25 weiter gegeben. Die Widerstände Ra2, Rb2 sind so aufeinander abgestimmt, dass durch die Addition der unterschiedlichen Spannungen zu dem Kennlinienteil mit hö­ herer Auflösung (S1 geschlossen) und dem Kennlinienteil mit niedrigerer Auflösung (S1 offen) ein stufenloser Übergang zwischen beiden Kennlinienteilen entsteht.

Der Schalter S1 kann auch durch das Port 1 mit seinem betreffenden Anschluss P1_1 selbst gebildet sein. Rb ist dann unmittelbar mit dem Anschluss P2_1 verbunden. Die Au­ ßenbeschaltung für die Multipülizierschaltung reduziert sich damit auf zwei Widerstände Ra und Rb. Entsprechendes gilt für Ra2 und Rb2.

Der Analogaddierer 25 kann auch dazu genutzt werden, die feine Auflösung, die mit der Pegelbeeinflussungsschal­ tung 11 erzielbar ist, innerhalb des Ausgangsspannungsbe­ reichs zu beliebigen Werten zu verschieben. Soll z. B. bei mittleren Ausgangsspannungen eine besonders feine Auflösung erreicht werden, wird der durch die feinere Auflösung flach verlaufende Kurvenast I (Fig. 2) ohne Änderung seines An­ stiegs zu höheren Ausgangsspannungswerten parallel verscho­ ben.

An Stelle der Widerstandsnetzwerke Ra, Rb, Ra2, Rb2 können auch Analogmultiplikatoren Anwendung finden, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist. Sowohl zur Skalierung bzw. stati­ schen Amplitudenmodulation des Zwischensignals Z als auch zur nochmaligen Skalierung des Analogsignals A zur Korrektur des Offsets, sind Analogmultiplikatoren angewendet. Diese multiplizieren das Zwischensignal Z bzw. einen Spannungswert Uk_in mit Korrekturfaktoren entsprechend Signalen, die von zusätzlichen Ports des Mikrocontrollers abgegeben werden.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 8 ist in Fig. 11 veranschaulicht. Die Besonderheit dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Stufung oder Auflösung der Ausgangskennlinie proportional zu dem Steuersignal S eingestellt wird. Dies ergibt, wenn keine weitere Kennlinienkorrektur vorgenommen wird, einen etwa quadratischen Zusammenhang zwischen dem Steuersignal S und dem Ausgangssignal A. Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 wird das von dem Mikrocontroller MC abgegebene pulsweitenmo­ dulierte Zwischensignal Z an den Eingang 17 des Analogmulti­ plizierers M gegeben, der die Pegelbeeinflussungsschaltung 11 bildet. Sein anderer Eingang 18 erhält ein Analogsignal, das über einen Tiefpass t_P aus dem Zwischensignal Z abgeleitet worden ist. Damit ist die Amplitude des an dem Ausgang des Multiplizierers anstehenden pulsweitenmodulierten Sig­ nals PWM proportional zu dem Steuersignal S. Außerdem nimmt das Tastverhältnis proportional zu dem Steuersignal S zu. Der ausgangsseitige Tiefpass 23 erzeugt somit ein Ausgangs­ signal das für kleine Steuersignale S feingestuft und für größere Steuersignale S grober gestuft ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann, wenn eine quadratische Ausgangskenn­ linie nicht gewünscht wird, durch einen Kennlinienblock eine Korrektur vorgenommen werden, um beispielsweise eine expo­ nentielle Ausgangskennlinie zu erzeugen. Bei dieser Ausfüh­ rungsform ist keine Vergleicherschaltung erforderlich. Au­ ßerdem kann der dem Eingang 18 vorgeschaltete Tiefpass t_P auch entfallen. Es erhalten dann beide Eingänge 17, 18 das Zwischensignal Z.

Eine Steuereinrichtung, insbesondere eine Steuerein­ richtung eines Vorschaltgeräts bei der die an ein Leucht­ mittel abgegebene elektrische Leistung über einen digitalen Steuerwert steuerbar ist, ist erfindungsgemäß so ausgelegt, dass der digitale Steuerwert mit umschaltbarer Feinheit in einen Analogwert umgesetzt wird. Es ist gewissermaßen ein D/A-Wandler mit nichtlinearer Kennlinie geschaffen. Insbe­ sondere im Bereich geringer Lampenhelligkeiten werden klei­ nere Quantisierungen vorgenommen als bei größeren Lampenhel­ ligkeiten. Subjektiv ergibt sich dadurch eine glatte Hellig­ keitskurve, auch bei niedrigen Bit-Raten.

Claims (20)

1. Beleuchtungssteuereinrichtung (8)
mit einer Helligkeits-Vorgabeschaltung (9), die ein Helligkeitsvorgabesignal (E) zur Festlegung einer be­ stimmten Lampenhelligkeit (PE) erhält oder erzeugt und der wenigstens einen Zwischensignalausgang (15) zur Abgabe eines pulsweitenmodulierten Zwischensignals (Z) und einen Steuerausgang (16) zur Abgabe eines Auflö­ sungssteuersignals (F) aufweist,
mit einer Pegelbeeinflussungsschaltung (11), die einen Signaleingang (17) für das pulsweitenmodulierte Zwi­ schensignal (Z), einen Auflösungssteuereingang (18) für ein Auflösungssteuersignal (F) und einen Signalausgang (10) für ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal (PWM) aufweist, dessen Amplitude von dem Helligkeitsvorga­ besignal (E) gesteuert ist.

2. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Helligkeitsvorgabesignal (E) ein Digitalsignal ist.

3. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Helligkeitsvorgabesignal (E) ein 8-Bit-Wort ist.

4. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensignal (Z) ein Schalt­ signal mit einer konstanten Frequenz ist.

5. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflösungssignaleingang (18) ein Digitaleingang und das Auflösungssteuersignal (F) ein Digitalsignal ist.

6. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pulsweitenmodulierte Ausgangs­ signal (PWM) eine erste Amplitude aufweist, wenn das Auflö­ sungssteuersignal (F) einen ersten Digitalwert (0) ein­ nimmt und dass das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal (PWM) eine zweite Amplitude aufweist, wenn das Auflösungs­ steuersignal (F) einen zweiten Wert (1) einnimmt.

7. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelbeeinflussungsschaltung (11) eine Multiplizierschaltung ist.

8. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelbeeinflussungsschaltung (11) ein umschaltbares Spannungsteilernetzwerk (Ra, Rb) enthält.

9. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennlinienblock (21) vorgese­ hen ist, der das Helligkeitsvorgabesignal (E) nach ei­ ner nichtlinearen Funktion in ein Steuersignal (S) zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten Zwischensignals (Z) umsetzt.

10. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennlinienblock (21) eine nä­ herungsweise exponentielle Kennlinie zwischen dem Helligkeitsvorgabesignal (E) und dem Steuersignal (S) festlegt.

11. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplizierschaltung an einem Eingang (17) das Zwischensignal (Z) und an ihrem ande­ ren Eingang (18) ebenfalls das Zwischensignal (Z) oder ein aus dem Zwischensignal (Z) abgeleitetes Signal er­ hält.

12. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennlinienblock (21) Teil des Microcontrollers ist.

13. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, der Kennlinienblock (21) durch einen Programmabschnitt eines Programms gebildet ist, das den Microcontroller steuert ist.

14. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Auflösungssteu­ ersignals ein (F) Entscheidungsblock (19) vorgesehen ist, dem das Helligkeitsvorgabesignal (E) zugeleitet ist, wobei der Entscheidungsblock (19) den Steuerausgang (16) steuert, so dass das Auflösungssteuersignal (F) seinen ersten Wert annimmt, wenn das Helligkeitsvorgabesignal (E) einen Grenzwert unterschreitet und seinen zweiten Wert annimmt, wenn das Helligkeitsvorgabesignal (E) den Grenzwert überschreitet.

15. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Auflösungssteu­ ersignals (F) ein Entscheidungsblock vorgesehen ist, dem das Steuersignal (S) zugeleitet ist, wobei der Entscheidungsblock den Steuerausgang (16) steuert, so dass das Auflösungssteuersignal (F) seinen ersten Wert annimmt, wenn das Steuersignal (S) einen Grenzwert unterschreitet und seinen zweiten Wert annimmt, wenn das Steuersignal (S) den Grenzwert überschreitet.

16. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des pulweitenmodu­ lierten Zwischensignal (Z) eine Timerschaltung (22) vorgesehen ist, die einen Vorgabeeingang und einen Aus­ gang aufweist und bei der die Impulsdauer ihres Aus­ gangssignals dem Wert an ihrem Vorgabeeingang ent­ spricht.

17. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabeeinrichtung (9) einen Offsetblock (19) zur Erzeugung eines Offsetsignals (O) aufweist, das zu dem Steuersignal (S) oder einem durch In­ tegration des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals erzeugten Analogsignal addiert wird.

18. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungssteuereinrichtung (8) Teil eines Betriebsgeräts (1) für ein Leuchtmittel (2) ist.

19. Beleuchtungssteuereinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (2) eine Gasent­ ladungslampe ist.

20. Verfahren zur Steuerung der Helligkeit einer Beleuchtungseinrichtung, bei dem die Helligkeit anhand eines digitalen Helligkeitsvorgabesignals (E) durch ein die Helligkeit steuerndes Ausgangssignal (PWM, A) gesteuert wird, wobei das Ausgangssignal (PWM, A) ein Analogsignal ist, das mittels eines D/A-Wandlers gemäß Patentanspruch 2 aus dem digitalen Helligkeitsvorgabesignal (E) erzeugt wird, wobei die Auflö­ sung mit dem Auflösungssteuersignal (F) steuerbar ist, so dass wenigstens eine hohe Auflösung und eine niedrige Auflösung einstellbar ist, und wobei die hohe Auflösung gewählt wird, wenn dass Helligkeitsvorgabesignal (E) Werte annimmt, die einer unter einer Grenze liegende Lampen­ helligkeiten festlegen.